12.2.1 Особливості вибухозахисту при загрозі зовнішніх вибухів
При проектуванні та розрахунках будівельних конструкцій треба мати на увазі особливості їх поведінки при впливі навантажень, що виникають при вибухах. Під впливом ударної хвилі будівлі і споруди поводяться як пружні коливальні системи. Розрахункова оцінка такої дії вимагає рішення досить складних динамічних задач, пов'язаних з описом поведінки пружних конструктивних елементів будівель і споруд під впливом ударних навантажень, визначуваних такими, що змінюються в часі і просторі параметрами ударної хвилі. Виникаючі в конструктивних елементах навантаження залежать від параметрів хвилі, характеристик об'єкту, його розмірів і орієнтації щодо фронту хвилі.
Особливостями дії вибуху на будівельні конструкції є поєднання постійних та тимчасових навантажень з потужними короткочасними динамічними навантаженнями вибухових впливів з вільною орієнтацією. Об'єкти, які з великою вірогідністю можуть опинитися під впливом вибухів, слід розраховувати на особливі поєднання навантажень. Але в будь-якому випадку треба підтверджувати розрахунками умову перевищення навантажень від вибуху над природними навантаженнями. Наприклад, конструкції, вузли і фундаменти будівель слід розраховувати тільки на основне поєднання навантажень, тобто без урахування дії вибуху при виконанні умови:
ΔРф < 2,5·W0 (12.2)
де ΔРф – надмірний тиск у фронті повітряної хвилі, що проходить, у фазі стиснення, визначуваний по відповідних методиках; W0 – нормативне значення вітрового тиску.
На дію короткочасних динамічних навантажень будівельні конструкції розраховують по двом групам граничних станів:
І – на відсутність руйнувань або відсутність пластичних деформацій конструкції;
ІІ – на відсутність надмірного розкриття тріщин або відсутність надмірного переміщення.
Руйнування конструкцій при вибухових впливах відбувається при перевищенні їх межі міцності розрахунковими навантаженнями або при зміщенні конструкцій на опорах. Дію ударної хвилі можна розглядати як рівномірно розподілене динамічне навантаження.
Руйнування згинальних конструкцій при дії вертикальної ударної хвилі відбувається, як і у випадку впливу пожежі, внаслідок утворення шарнірів пластичності.
Балка з шарнірно-обпертими кінцями під впливом рівномірно розподіленого статичного та динамічного навантажень руйнується внаслідок утворення в середині прольоту шарніра пластичності (рис 12.4, а).
Балка з защемленими кінцями під впливом рівномірно розподіленого статичного та динамічного навантажень руйнується внаслідок утворення спочатку двох шарнірів пластичності на опорах, а потім – шарніра пластичності в середині прольоту (рис 12.4, б).
Балка з одним защемленим кінцем і другим шарнірно-обпертим кінцем під впливом рівномірно розподіленого статичного та динамічного навантажень руйнується внаслідок утворення спочатку одного шарніру пластичності на опорі, а потім – шарніру пластичності в середині прольоту.
Рисунок 12.4 – Схема утворення пластичних шарнірів при впливі вибуху на згинальні конструкції
При дії на споруду вертикально направленого вибухового навантаження виникає зміщення опор перекриттів. Це зміщення може бути викликане деформаціями колон або стін, зміщенням опорних конструкцій та усієї споруди у цілому. В залежності від співвідношення поздовжнього та поперечного навантаження можливі два випадки руйнування залізобетонних колон:
– руйнування починається з досягнення межі текучості в розтягнутій арматурі з розвитком пластичних деформацій та з подрібнення бетону стиснутої зони;
– руйнування внаслідок подрібнення бетону при частково розтягнутому перерізі, але при відсутності пластичних деформацій в розтягнутій арматурі.
Особливі умови проектування передбачені до будівель управління виробництвом (операторних) вибухопожежонебезпечних хімічних, нафтохімічних і нафтопереробних підприємств, в яких передбачено постійне перебування технічного персоналу. Існуючі будівлі операторних не витримують навантажень від аварійних вибухів газоповітряних пальних сумішей (ГС). При традиційних конструктивних рішеннях ці будівлі довелося б розташовувати від джерела вибуху на відстанях більше кілометра, що економічно недоцільно і практично неможливо.
У вибухотривких будівлях повинна бути виключена можливість руйнування основних несучих і захищаючих конструкцій. Допускаються пошкодження конструкцій випадкового характеру, що не впливають на їх міцність, стійкість.
Забезпечення вибухотривкості при зовнішніх аварійних вибухах ГС може здійснюватися по двох напрямах:
– зниженням надмірного тиску Рф, за рахунок віддалення будівель операторних від потенційних джерел вибуху ГС;
– підвищенням міцності і стійкості конструкцій до дії динамічних навантажень від повітряної хвилі вибуху ГС.
Вибухотривкі будівлі на територіях підприємств слід розташовувати:
– на відстанях від сусідніх будівель і споруд, що перевищують половину висоти більшого з них, але не менше визначуваних відстаней;
– на відмітках землі, вищих по відношенню до виробничих будівель, споруд і і автомобільним залізниць, що проходять по території підприємства;
– торцевим фасадом до можливого джерела вибуху;
– з урахуванням рози вітрів і рельєфу місцевості.
У приміщеннях вибухотривких будівель слід передбачати системи вентиляції, опалювання, зв'язку, водопостачання, електропостачання і каналізації. Прокладка транзитних ліній водопроводу, каналізації, опалювання, електропостачання, а також трубопроводів стислого повітря, газопроводів і трубопроводів з перегрітою водою через вибухотривкі будівлі не допускається.
Систему вентиляції слід проектувати на два режими: чистої вентиляції (режим I) і фільтровентиляції (режим II).
При дії розрахункових навантажень, що перевищують 400 кПа, каналізаційні стояки повинні бути поміщені в сталеві труби або залізобетонні короби, надійно закладені в конструкції підлоги.
Об'ємно-планувальні рішення.
Вибухотривкі будівлі операторних слід проектувати одноповерховими, невеликого розміру, простої форми в плані, без перепаду висот суміжних ділянок, з організованим зовнішнім водостоком. Фасади вибухотривких будівель повинні бути простими – без виступаючих частин, виїмок і ніш, а зовнішні стіни – обтічними і гладкими, тобто без архітектурних деталей, парапетних плит, козирків, технологічного устаткування на покритті і т.п.
Висоту приміщень слід приймати мінімально можливої, але не менше 2,4 м. Висота від підлоги до низу виступаючих частин комунікацій, устаткування і будівельних конструкцій в місцях регулярного проходу людей і на шляхах евакуації – не менше 2,2 м, а в місцях нерегулярного проходу людей – не менше 2,0 м.
Входи і віконні отвори слід розташовувати на бічних і задньому по відношенню до можливого напряму розповсюдження вибухової хвилі фасадах вибухотривких будівель. Кількість входів в будівлю операторної повинна бути, як правило, не менш 2-х.
Для входів в будівлю операторної слід влаштовувати тамбури, обладнані зовнішніми захисно-герметичними дверима, що сприймають розрахункові навантаження, і внутрішніми герметичними дверима. Двері тамбура повинні відкриватися назовні.
Фільтровентиляційні приміщення (ФВП) повинні примикати до зовнішніх стін будівлі операторної і розміщуватися поблизу входів в будівлю.
Конструктивні рішення.
Вибухотривкі будівлі операторних проектуються каркасними з повним або неповним каркасом і безкаркасними, зокрема з монолітного залізобетону.
Зовнішні захисні стінові конструкції можуть виконуватися із збірних панелей, монолітного залізобетону з утеплювачем, тришарових панелей з посиленим шаром залізобетону, ребристих плит з шаром утеплювача між ребрами, наприклад, легкого бетону і т.д. Для каркасних будівель операторних слід застосовувати збірно-монолітні покриття, що складаються із збірних залізобетонних плит і монолітних ділянок.
Як кроквяні конструкції застосовуються залізобетонні балки, сталеві балки зварні або з прокатних профілів.
Установка колон по координаційних осях з кроком 2 м дозволяє збільшити несучу здатність типових стінних панелей більш ніж в 15 разів.
У покритті вибухотривких будівель слід використовувати залізобетонні балки встановлювані з кроком, що дозволяє сприймати задані навантаження. Якщо типові збірні балки запроектовані на навантаження 10 кН/м2 і крок 12 м, то установка цих балок через 1,5 м дозволить збільшити їх несучу здатність в 10 разів (з урахуванням динамічних опорів бетону і арматури).
Незмінність каркасів вибухотривких будівель по поперечних координаційних осях забезпечується жорсткістю стін, колон і затисканням колон у фундаменти, а по подовжніх осях, крім того, вертикальними сталевими зв'язками.
Збірно-монолітні конструкції покриття слід проектувати нерозрізними з установкою надопорної арматури в шарах з монолітного залізобетону.
Обрамлення вхідних і монтажних отворів рекомендується проектувати із сталевих профілів і кріпити до стін за допомогою анкерів.
Приміщення вибухотривких будівель повинні бути герметичними, якщо при аварійній ситуації можливо задимлення або загазованість будівель небезпечними для життєдіяльності персоналу речовинами.